引洮供水二期工程飽水土工程地質特性

黨亞山

(甘肅省水利水電勘測設計研究院，蘭州　730000)

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引洮供水二期工程飽水土工程地質特性

黨亞山

(甘肅省水利水電勘測設計研究院，蘭州730000)

結合工程實際，對引洮供水二期工程所遇到的飽水土，從結構、分布、物理力學性質、工程地質特性等方面進行了探討，總結出飽水土的分布特征，找出隴西地區飽水土的變化規律；提出了工程處理措施，對工程建設具有一定的指導意義。

飽水土；地質特性；引洮供水工程

0　前　言

引洮供水二期工程區涉及甘肅中東部4個市、8個縣區，它自隴西縣馬河鎮的大營梁南坡起始，沿祖厲河與渭河兩流域分水嶺由西向東，后折向北東，止于會寧縣太平鎮大山川，渠線以隧洞為主，連接段采用渡槽、暗渠等建筑物，總長94.95 km。

引洮供水二期工程區主要分布在隴西黃土高原西部，引水線路沿線飽水土分布廣泛，構成多數隧洞進出口段的圍巖，因此，對飽水土的工程地質特性進行必要的研究，對工程的順利實施具有重要的意義。

1　基本地質條件

1.1地形地貌

引洮供水二期工程區主要分布在隴西黃土高原西部，總體屬黃土低中山梁峁地貌區，海拔1 500.00～2 626.00 m，相對高差一般小于300 m。由于水流長期侵蝕切割，地形支離破碎，溝壑縱橫，塑造成現代黃土丘陵梁峁地貌，丘陵間鑲嵌著多個帶狀、葫蘆狀河谷川臺地，呈現黃土低山峁梁與溝谷相間的地貌景觀。各河(溝)道中Ⅰ～Ⅱ階地較發育，形成寬闊平坦的川臺地，Ⅲ級階地因后期侵蝕，已殘缺不全。由于祁連山東端余脈的伸入，在中部地區形成“島狀”石質山梁和孤峰。

1.2地層巖性

工程區前震旦系、震旦系、下古生界、上古生界、中生界均有出露，但除了山區以外，以內陸紅色山麓相-湖相新、古近系和中上更新統黃土分布最為廣泛。

1.3地質構造

工程區處于祁連北西向構造體系、秦嶺東西向構造體系及賀蘭-六盤南北向構造體系的復合部位。工程區主體屬于祁連山加里東褶皺帶之東端，跨越了北祁連地向斜和南部中間隆起帶2個次級單元。向東與走向南北的六盤山燕山褶皺帶過渡，東北部屬賀蘭-六盤南北向構造體系之六盤山褶皺帶。南部武山斷裂以南屬秦嶺褶皺帶。東南部秦安一帶及其東部為三者的銳角交匯區。區域構造線走向以北西西向為主，東北部轉為北北西向，東南部為北西向為主兼有北西西向。

1.4水文地質條件

工程區處在祖厲河、渭河兩大流域，地表水資源的補給以降水補給為主。工程區的水系分布受構造控制，地下水的分布受地表水系、地貌單元及地層巖性的控制。地下水以潛水為主，局部有承壓水分布。

1.5物理地質現象

工程區的物理地質現象主要為黃土丘陵區溝道泥石流(水石流)、溝道兩岸滑塌、蠕滑、水土流失以及黃土區黃土濕陷等。

2　飽水黃土類土工程地質特性

2.1飽水黃土類土的分布特征

工程區內第四系飽水黃土類土主要分布在黃土低中山梁峁丘陵區地勢低洼的溝掌地、溝谷川臺地等部位；另外，在總干渠前段的大營梁一帶，受馬銜山北緣斷裂與馬河斷裂的控制，形成北西向展布的新生代更新世斷陷盆地(楊家營-樊家河斷陷帶)，沉積了厚度大于200 m的第四系黃土類土，部分處于地下水位以下，為飽水土。

2.2飽水黃土類土的物理力學性質

黃土類土的顆粒組成決定了土的結構、孔隙、滲透、變形、強度等物理力學性質，由于土體中粉粒、黏粒、砂粒等組成成分的變化，其密實程度、含水量、土的狀態、強度等隨之變化，當土體中黏粒含量較高時，其結構密實，土體呈硬塑狀，強度較高，鉆孔取芯多為柱狀，構成相對隔水層，但本身含水量較高；當土體中黏粒含量較低，而砂粒含量較高時土體結構較為疏松，土層相對持水，土體多呈軟塑狀，強度極低，鉆孔巖芯有變細、拉長等塑性變形現象，局部孔段縮孔嚴重。

孔隙發育是黃土類土的一大特點，黃土中孔隙以粒間孔隙為主，包括支架孔隙和鑲嵌孔隙。支架孔隙是指黃土中骨架顆粒松散堆積，相互支架構成孔隙，其連通性好，易于透水，但牢固性差；鑲嵌孔隙是指黃土中骨架顆粒相互穿插，緊密堆積所構成的縫隙，其連通性好，易于透水，但牢固性較好，一般不易發生變形。黃土狀土的礦物顆粒排列方式有支架排列和鑲嵌排列2種，但是以鑲嵌排列為主；顯微結構類型以支架大孔半膠結結構、鑲嵌微孔半膠結結構及絮凝狀膠結結構為主。黃土中粒間孔隙的發育程度主要是由顆粒組成決定的，黃土中<0.005 mm的黏粒含量愈低，>0.005 mm的粉砂顆粒含量愈高，粒間孔隙愈發育；黃土中大顆粒含量越多，大孔隙越多；當土體中黏粒含量較高時，土體中的孔隙主要是小孔隙和微孔隙，水進入孔隙以后無法自由運移，導致土體具有微、弱透水性。在剖面上，自上而下，黃土中大、中孔隙逐漸減少，小、微孔隙大幅度增加，這與黏粒含量增加、壓實作用增強有密切關系。現將飽水黃土類土的物理性質、水理性質、力學性質分述如下。

2.2.1飽水土的物理性質

表飽水黃土狀土物理性質試驗成果統計表

2.2.2飽水土的水理性質

2.2.3飽水土的力學性質

表飽水黃土狀土水理性質試驗成果統計表

表飽水黃土狀土力學性質試驗成果統計表

通過對室內土工試驗資料的統計分析得出：當土體含水量小于塑限(15.5%)時，其抗剪強度較高；當土體含水量在塑限(15.5%)與液限(29%)之間時，其抗剪強度較低；當土體含水量大于液限(29%)時，其抗剪強度很低。而工程區飽水黃土狀土的天然含水量18.1%～28.3%(均值22.6%)，液限29.0%～38.3%(均值33.3%)，塑限15.5%～19.3%(均值17.9%)，其天然含水量略大于塑限，多在20%～25%之間，所以飽水黃土狀土的抗剪強度較低。

根據一期工程對黃土狀土層進行的孔內十字板剪切試驗，軟塑狀態的黃土狀土抗剪強度C為13.98～14.5 kPa，可塑狀態的黃土狀土抗剪強度C為43.26～62.33 kPa。這說明黃土狀土的抗剪強度隨著含水量的變化而變化，土體含水量較高時其抗剪強度較低，含水量較低時抗剪強度較高。

總之，飽和軟塑狀黃土狀土的抗剪強度與硬塑狀土相比有大幅度的降低，其凝聚力一般降低30%～50%，內摩擦角降低50%。

2.3飽水黃土狀土隧洞穩定性問題

構成洞身圍巖的飽水黃土狀土，屬黃土隧洞Ⅴ2類圍巖，當圍巖土體中黏粒含量較高時，土體的顆粒較細，孔隙率較小，含水量較低，基本無重力水析出，或析出量很少，且明顯滯后，土體呈硬塑狀，隧洞施工開挖后洞壁掌子面比較穩定；當圍巖土體中的黏粒含量較低，粉、砂粒含量較高時，土體顆粒較粗，孔隙率較大，含水量較高，大于塑限，多在25%左右，部分28%，土體由于相對持水而呈軟塑狀，隧洞施工開挖后，洞室周圍土體處于臨空狀態，土體應力重分布，地下水向洞內集中滲流排泄，其水力坡度發生變化，在動、靜水壓力作用下，圍巖土體結構受到破壞，強度降低，發生變形破壞，掌子面無自穩性，常在頂拱發生塌方、邊墻發生滑動、墻腳流土(泥)、底板鼓出等變形破壞現象；破壞嚴重時，可造成流土(泥)堵塞隧洞，塌方冒頂至地表。另外，土體中發育陡傾角裂隙，洞壁沿裂隙面有掉塊、坍塌現象。

總之，飽和土隧洞施工難度大，從引洮供水一期工程的施工情況看，在鋼拱架噴混凝土支護緊跟且有管棚保護的情況下，掌子面也會產生小塌方，若支護不及時或土中含水量大來不及支護時，多發生較大塌方、冒頂或突泥。建議：隧洞在頂拱超前小導管(管棚)的保護下進行開挖，短進尺，輕擾動，且采用鋼拱架支護和及時噴混凝土支護；為防止底鼓、拱架下沉，在拱腳設墊片，洞底鋪干硬性混凝土，且要采取排水措施；及時襯砌。

3　結　語

(1) 本文結合工程實際，對隴西地區飽水黃土類土的分布、物理力學性質，對其工程地質特性進行了總結、評價，并提出了工程處理建議措施。

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The Engineering Geological Characteristics of Saturated Soil

DANG Yashan

(Gansu Water Resources and Hydropower Investigation Design and Research Institute, Lanzhou730000,China)

Based on the engineering practice, the saturated soil encountered in the Tao River diversion project (Phase Ⅱ) is studied in terms of structure, distribution, physical-mechanics property and the engineering geological characteristics. The distribution characteristics of the saturated soil are summarized. The change law of the saturated soil in Longxi region is explored. The engineering treatment measures are proposed. Those are with guidance to the engineering construction. Key words:saturated soil; geological characteristics; Tao River diversion project

1006—2610(2016)04—0015—04

2016-02-25

黨亞山(1985- )，男，甘肅省靜寧縣人，助理工程師，主要從事水文地質、工程地質勘察工作.

S152;TV221

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2016.04.004